Mechanical design and laminate optimization of a composite suspension control arm with experimental validation
Kompozit süspansiyon salıncak kolunun deneysel doğrulama ile mekanik tasarımı ve laminat optimizasyonu
- Tez No: 822611
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ADNAN KEFAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 66
Özet
Bu çalışmada, otomobillerin kritik (yük taşıyıcı) bileşenlerinden biri olan çelik malzemeden üretilen süspansiyon salıncak kolu, kompozit malzemeler kullanılarak uygun imalat yöntemine göre tamamen yeniden tasarlanmıştır. Bu amaçla, otomotiv süspansiyon kontrol kolunun tasarımını, analizini ve optimizasyonunu gerçekleştirmek adına yenilikçi mekanik simülasyon yöntemleri geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Ana tasarım/optimizasyon kriterleri, kompozit malzemeler ve seri üretime uygun yeni bir geometri kullanılarak, metal salıncak kolu ağırlığını yaklaşık %75 oranında azaltmak ve güvenlik katsayısını yaklaşık %60 oranında artırmak olarak belirlenmiştir. Salıncak kolunun deformasyon-gerilim durumunu bilgisayar tabanlı hesaplayabilmek adına, hassaslaştırılmış zikzak teorisi (RZT) kinematiğine dayalı olarak dört düğüm noktalı dörtgen bir kabuk elemanı geliştirilmiştir. Sayısal olarak doğrulandıktan sonra, salıncak kolunun optimum laminat istifleme planı elde etmek için RZT'nin bilgisayar uygulaması optimizasyon algoritmasıyla entegre edilmiştir. Buna göre optimum laminasyon planlarına sahip kompozit salıncak kollarının prototipleri üretilmiş ve daha sonra kavramsal tasarım aşamasında tanımlanan yükleme ve kısıtlama koşulları altında deneysel olarak test edilmiştir. Sayısal ve tam ölçekli deneysel sonuçlar karşılaştırılmış ve RZT modelleri kapsamlı bir şekilde doğrulanmıştır. Bu nedenle, burada sunulan kapsayıcı tasarım-analiz-optimizasyon stratejisinin avantajları, otomotiv parçalarının kompozit malzemelerden yeniden tasarlanıp analiz edilmesi ve iyileştirilmiş olarak üretilmesi için ortaya konulmuştur. Bu tez ayrıca, gerçek zamanlı sensör tabanlı bir sistem olan ters sonlu elemanlar yöntemi (iFEM) kullanılarak bir kompozit süspansiyon kolunun yapısal sağlık izlemesinin değerlendirilmesine odaklanmaktadır. Deneysel testler vasıtasıyla bu çalışma, iFEM'in kompozit otomotiv kontrol kollarının yapısal deformasyonlarını ve hasar lokalizasyonunu doğru bir şekilde tahmin etmede uygulanabilirliğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, one of the critical (load bearing) components of automobiles, i.e., the suspension control arm made of steel, is fully redesigned for its suitable manufacturing using composite materials. To this end, innovative mechanical simulation methods are developed and coupled to perform the design, analysis, and optimization of the automotive suspension control arm. The main design/optimization criteria are set to reduce the weight of the metal control arm by about 75% and increase its safety by about 60% by using composite materials and a new geometry suitable for mass production. To predict the deformation-stress state of the control arm, a four-node quadrilateral shell element is implemented based on the kinematics of refined zigzag theory (RZT). Once verified numerically, the computer implementation of the RZT is combined with the optimization algorithm to achieve the optimum laminate stacking sequence of the control arm. Accordingly, prototypes of the composite control arms with optimum lamination plans are manufactured and then experimentally tested under the loading and constraint conditions defined at the conceptual design stage. The numerical and full-scale experimental results are compared, and the RZT models are comprehensively validated. Hence, the advantages of the overarching design-analysis-optimization strategy presented herein are revealed for redesigning and manufacturing automobile parts from composite materials. This thesis also focuses on evaluating the structural health monitoring of a composite suspension arm using the inverse finite element method (iFEM), a real-time sensor-based system. Through experimental testing, this study demonstrates the iFEM's applicability to accurately predict structural deformations and damage localization of composite automotive control arms.
Benzer Tezler
- Design and manufacturing of a laminated composite leaf spring having non-linear elastic characteristic for automotive industry
Otomotiv endüstrisi için doğrusal olmayan elastik karakteristik gösteren lamine kompozit yaprak yay tasarımı ve üretimi
OSMAN ÖREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT EKİCİ
- Bir insansız hava aracına ait kompozit kanadın tasarımı ve yapısal optimizasyonu
Design and structural optimisation of an UAV composite wing
MUHAMMED ATIF YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- Design and optimization of variable stiffness composite structures modeled using Bézier curves
Bézier eğrileriyle modellenen değişken katılıklı kompozit yapıların tasarımı ve optimizasyonu
ONUR COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
- Optimization of buckling behavior of hybrid composite beam under axial compression
Eksenel basma altındaki hibrit kompozit kirişin burkulma davranışının optimizasyonu
HAYRİ ALTINTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE SEÇİL ARTEM
- Optimum design of composite laminates using simulated annealing
Tabakalı konpozitlerin tavlama simülasyonu kullanarak optimum dizaynlarının bulunması
ÖZGÜR ERDAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. FAZIL ÖNDER SÖNMEZ